Средства измерения давления. Общие сведения

Давлением называют отношение силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности. Давление - одна из основных величин, определяющих термодинамическое состояние веществ. Давлением во многом определяется ход технологического процесса, состояние технологических аппаратов и режимы их функционирования. С задачей измерения давления приходится сталкиваться при измерениях некоторых технологических параметров, например расхода газа или пара, при изменяющихся термодинамических параметрах, уровня жидкости, и др.

Различают следующие виды давления: атмосферное, абсолютное, избыточное и вакуум (разрежение).

Атмосферное (барометрическое) давление -давление, создаваемое массой воздушного столба земной атмосферы.

Абсолютное давление - давление, отсчитанное от абсолютного нуля. За начало отсчета абсолютного давления принимают давление внутри сосуда, из которого полностью откачан воздух.

Избыточное давление - разность между абсолютным и барометрическим давлениями.

Вакуум (разрежение) - разность между барометрическим и абсолютным давлениями.

В Международной системе единиц (СИ) за единицу давления принят паскаль (Па) - давление, создаваемое силой в 1 ньютон (Н), равномерно распределенной по поверхности площадью 1 м² и направленной нормально к ней.

Разнообразие видов измеряемых давлений, а также областей их применения в технологии и научных исследованиях обусловило использование наряду с системной единицей давления и внесистемных единиц. К их числу относятся бар, миллиметр ртутного столба, килограмм-сила на квадратный сантиметр, килограмм-сила на квадратный метр, миллиметр водного столба. Соотношения единиц давления, допущенных к применению, приведены в приложении Б.

Средства измерений давления классифицируют по виду измеряемого давления и принципу действия.

Р_абс. = Р_атм. + Р_изб.; Р_раз. = Р_абс. – Р_атм.; Р_изб. = Р_абс. – Р_атм.;

По виду измеряемого давления средства измерений подразделяют на:

манометры избыточного давления — для измерения избыточного давления;

манометры абсолютного давления — для измерения давления, отсчитанного от абсолютного нуля;

барометры — для измерения атмосферного давления;

вакуумметры — для измерения вакуума (разрежения);

мановакуумметры — для измерения избыточного давления и вакуума (разрежения).

Кроме перечисленных средств измерений в практике измерений получили распространение:

напоромеры — манометры малых избыточных давлений (до 40кПа);

тягомеры —вакуумметры с верхним пределом измерения не более - 40 кПа;

тягонапоромеры — мановакуумметры с диапазоном измерений +20¸-20 кПа;

вакуумметры остаточного давления — вакуумметры, предназначенные для измерения глубокого вакуума или остаточного давления, т. е. абсолютных давлений менее 200 Па;

дифференциальные манометры — средства измерений разности давлений.

Прежде чем рассматривать средства измерений давления, необходимо напомнить об истории развития понятий давления и сферы использования средств давления в человеческой практике. Ранее было сказано, что давление это сила перпендикуляроно направленная на площадь. Из этого понятия вытекает главная истина того, что это понятие нельзя измерить прямым измерением какой либо одной величины. Сила измеряется в единицах усилия от механизма с применением энергии двигательного происхождения, от усилий гравитационного происхождения, от усилий мыщечной энергии человека или животного дикого или приручённого и т.д. В международной системе мер (SI) или по русской терминологии (СИ) сила измеряется в килограммах – кг., а также в производных единицах – тоннах, килотоннах, граммах, миллиграммах, микрограммах, через плотность твёрдых веществ измеряется масса, а через плотность жидких и газообразных веществ измеряется как масса, так и объём в кубических единицах линейной величины – метр и его производных величин миллиметр, дециметр, километр, микометр, нанометр и т.д. При изучении давления не всегда студенты легко усваивают понятия избыточного давления, атмосферного или барометрического давления, давления разряжения или вакуума. Когда предлагаешь большинству студентов ответить на вопрос, какие виды давления человек выполняет в процессе своего дыхания? В ответ слышишь абсолютное непонимание физики процесса. Ответ: просто вдыхаю и выдыхаю, а давление здесь не применяется вообще. Человеку настолько приятно жить и не задумываться о давлении потому, что этот процесс у него существует на подсознании и в сущность физики он не вникает по привычке. Но когда студенту объясняют, что человек дышит, применяя мышечную энергию грудной клетки, раздвигая её, создаёт в лёгких разряжение (вакуум), а атмосферное давление воздуха, имея величину больше вакуума, само всасывается в лёгкие. Затем, человек мышечной энергией сдавливает грудную клетку и тем самым создаёт в ней избыточное давление, превышающее атмосферное и тем самым выталкивает воздух из лёгких. В ответ слышишь удивлениеи возгласы о том, что эти мысли ему и в голову не приходили никогда. Приходится с горечью признавать тот факт, что в средней школе на уроках физики и химии ученик не усвоил эти понятия и каким либо образом проник в ряды студентов, не имея элементарных знаний.

В настоящее время существует большой парк средств измерений давления, позволяющий осуществить измерение давления в диапазоне 10^-12 - 10¹¹ Па (рисунок 14.115) /8/.

Далее рассмотрены средства измерений давления, широко применяемые в качестве рабочих при технологических измерениях. Средства измерений, применяемые в качестве образцовых, в настоящее время их называют как рабочие эталоны, рассматривать которые нужно в отдельных источниках литературы.